Dobbeltstrålesvejsemetoden foreslås primært for at løse tilpasningsevnen hoslasersvejsningtil præcision i samlingen, forbedre stabiliteten af svejseprocessen og forbedre svejsekvaliteten, især til tyndpladesvejsning og svejsning af aluminiumslegeringer. Dobbeltstrålelasersvejsning kan bruge optiske metoder til at adskille den samme laser i to separate lysstråler til svejsning. Den kan også kombinere to forskellige typer lasere: CO2-laser, Nd:YAG-laser og højtydende halvlederlaser. Ved at ændre stråleenergien, stråleafstanden og endda energifordelingsmønsteret for de to stråler kan svejsetemperaturfeltet justeres bekvemt og fleksibelt, hvilket ændrer hullernes eksistensmønster og strømningsmønsteret for det flydende metal i smeltebadet, hvilket giver en bedre løsning til svejseprocessen. Det store udvalg af plads er uovertruffent ved enkeltstrålelasersvejsning. Den har ikke kun fordelene ved stor lasersvejsepenetration, hurtig hastighed og høj præcision, men har også stor tilpasningsevne til materialer og samlinger, der er vanskelige at svejse med konventionel lasersvejsning.
Princippet omdobbeltstrålelasersvejsning
Dobbeltstrålesvejsning betyder, at der anvendes to laserstråler samtidig under svejseprocessen. Strålearrangementet, stråleafstanden, vinklen mellem de to stråler, fokuseringspositionen og energiforholdet mellem de to stråler er alle relevante indstillinger i dobbeltstrålelasersvejsning. Parameter. Normalt er der under svejseprocessen generelt to måder at arrangere dobbeltstrålerne på. Som vist på figuren er den ene arrangeret i serie langs svejseretningen. Denne arrangement kan reducere smeltebadets afkølingshastighed. Reducerer svejsningens hærdningstendens og dannelsen af porer. Den anden er at arrangere dem side om side eller på tværs på begge sider af svejsningen for at forbedre tilpasningsevnen til svejsespalten.
Princip for dobbeltstrålelasersvejsning
Dobbeltstrålesvejsning betyder, at der anvendes to laserstråler samtidig under svejseprocessen. Strålearrangementet, stråleafstanden, vinklen mellem de to stråler, fokuseringspositionen og energiforholdet mellem de to stråler er alle relevante indstillinger i dobbeltstrålelasersvejsning. Parameter. Normalt er der under svejseprocessen generelt to måder at arrangere dobbeltstrålerne på. Som vist på figuren er den ene arrangeret i serie langs svejseretningen. Denne arrangement kan reducere smeltebadets afkølingshastighed. Reducerer svejsningens hærdningstendens og dannelsen af porer. Den anden er at arrangere dem side om side eller på tværs på begge sider af svejsningen for at forbedre tilpasningsevnen til svejsespalten.
For et tandem-arrangeret dobbeltstrålelasersvejsesystem er der tre forskellige svejsemekanismer afhængigt af afstanden mellem for- og bagstrålerne, som vist på figuren nedenfor.
1. I den første type svejsemekanisme er afstanden mellem de to lysstråler relativt stor. Den ene lysstråle har en større energitæthed og fokuserer på emnets overflade for at producere nøglehuller i svejsningen; den anden lysstråle har en mindre energitæthed. Bruges kun som varmekilde til varmebehandling før eller efter svejsning. Ved hjælp af denne svejsemekanisme kan svejsebadets afkølingshastighed styres inden for et bestemt område, hvilket er gavnligt ved svejsning af nogle materialer med høj revnefølsomhed, såsom stål med højt kulstofindhold, legeret stål osv., og kan også forbedre svejsningens sejhed.
2. I den anden type svejsemekanisme er fokusafstanden mellem de to lysstråler relativt lille. De to lysstråler producerer to uafhængige nøglehuller i et svejsebad, hvilket ændrer det flydende metals strømningsmønster og hjælper med at forhindre fastsætning. Det kan eliminere forekomsten af defekter såsom kanter og svejsevulstudbukninger og forbedre svejseformationen.
3. I den tredje type svejsemekanisme er afstanden mellem de to lysstråler meget lille. På dette tidspunkt producerer de to lysstråler det samme nøglehul i svejsebadet. Sammenlignet med enkeltstrålelasersvejsning, fordi nøglehullet bliver større og ikke er let at lukke, er svejseprocessen mere stabil, og gassen er lettere at udlede, hvilket er gavnligt for at reducere porer og sprøjt og opnå kontinuerlige, ensartede og smukke svejsninger.
Under svejseprocessen kan de to laserstråler også placeres i en bestemt vinkel i forhold til hinanden. Svejsemekanismen ligner den parallelle dobbeltstrålesvejsemekanisme. Testresultater viser, at ved at bruge to højtydende OO'er med en vinkel på 30° i forhold til hinanden og en afstand på 1~2 mm, kan laserstrålen opnå et tragtformet nøglehul. Nøglehullets størrelse er større og mere stabil, hvilket effektivt kan forbedre svejsekvaliteten. I praktiske anvendelser kan den gensidige kombination af de to lysstråler ændres i henhold til forskellige svejseforhold for at opnå forskellige svejseprocesser.
6. Implementeringsmetode til dobbeltstrålelasersvejsning
Optagelsen af dobbeltstråler kan opnås ved at kombinere to forskellige laserstråler, eller en laserstråle kan opdeles i to laserstråler til svejsning ved hjælp af et optisk spektrometrisystem. For at opdele en lysstråle i to parallelle laserstråler med forskellig effekt kan et spektroskop eller et specielt optisk system anvendes. Billedet viser to skematiske diagrammer af lysopdelingsprincipper ved hjælp af fokuseringsspejle som stråledelere.
Derudover kan en reflektor også bruges som en stråledeler, og den sidste reflektor i den optiske bane kan bruges som en stråledeler. Denne type reflektor kaldes også en tagreflektor. Dens reflekterende overflade er ikke en flad overflade, men består af to planer. Skæringslinjen mellem de to reflekterende overflader er placeret midt på spejloverfladen, svarende til en tagryg, som vist på figuren. En parallel lysstråle skinner på spektroskopet, reflekteres af to planer i forskellige vinkler for at danne to lysstråler og skinner på forskellige positioner af fokuseringsspejlet. Efter fokusering opnås to lysstråler i en bestemt afstand på emnets overflade. Ved at ændre vinklen mellem de to reflekterende overflader og tagets position kan der opnås delte lysstråler med forskellige fokusafstande og arrangementer.
Når man bruger to forskellige typerlaserstråler tFor at danne en dobbeltstråle er der mange kombinationer. En højkvalitets CO2-laser med en Gaussisk energifordeling kan bruges til det primære svejsearbejde, og en halvlederlaser med en rektangulær energifordeling kan bruges til at hjælpe med varmebehandlingsarbejdet. På den ene side er denne kombination mere økonomisk. På den anden side kan effekten af de to lysstråler justeres uafhængigt. For forskellige samlingsformer kan et justerbart temperaturfelt opnås ved at justere laserens og halvlederlaserens overlappende position, hvilket er meget velegnet til svejsning. Processtyring. Derudover kan YAG-laser og CO2-laser også kombineres til en dobbeltstråle til svejsning, kontinuerlig laser og pulslaser kan kombineres til svejsning, og fokuseret stråle og defokuseret stråle kan også kombineres til svejsning.
7. Princippet for dobbeltstrålelasersvejsning
3.1 Dobbeltstrålelasersvejsning af galvaniserede plader
Galvaniseret stålplade er det mest anvendte materiale i bilindustrien. Smeltepunktet for stål er omkring 1500°C, mens kogepunktet for zink kun er 906°C. Derfor genereres der normalt en stor mængde zinkdamp, når der anvendes smeltesvejsning, hvilket forårsager ustabil svejseproces, hvilket danner porer i svejsningen. Ved overlapningssamlinger forekommer fordampningen af det galvaniserede lag ikke kun på de øvre og nedre overflader, men også på samlingens overflade. Under svejseprocessen sprøjtes zinkdamp hurtigt ud af smeltebadets overflade i nogle områder, mens det i andre områder er vanskeligt for zinkdamp at undslippe fra smeltebadet. På overfladen af svejsebadet er svejsekvaliteten meget ustabil.
Dobbeltstrålelasersvejsning kan løse problemer med svejsekvaliteten forårsaget af zinkdamp. En metode er at kontrollere smeltebadets eksistenstid og afkølingshastighed ved at matche energien fra de to stråler på en rimelig måde for at lette zinkdampens udslip; den anden metode er at frigive zinkdamp ved forstansning eller rilling. Som vist i figur 6-31 anvendes CO2-laser til svejsning. YAG-laseren sidder foran CO2-laseren og bruges til at bore huller eller skære riller. De forbehandlede huller eller riller giver en udslipsvej for zinkdamp, der genereres under efterfølgende svejsning, hvilket forhindrer den i at forblive i smeltebadet og danne defekter.
3.2 Dobbeltstrålelasersvejsning af aluminiumlegering
På grund af de særlige ydeevneegenskaber ved aluminiumlegeringsmaterialer er der følgende vanskeligheder ved brug af lasersvejsning [39]: Aluminiumlegering har en lav absorptionshastighed for laser, og den indledende reflektionsevne af CO2-laserstråleoverfladen overstiger 90%; aluminiumlegeringslasersvejsesømme er lette at producere. Porøsitet, revner; afbrænding af legeringselementer under svejsning osv. Ved brug af enkeltlasersvejsning er det vanskeligt at etablere nøglehullet og opretholde stabilitet. Dobbeltstrålelasersvejsning kan øge størrelsen af nøglehullet, hvilket gør det vanskeligt for nøglehullet at lukke, hvilket er gavnligt for gasudledning. Det kan også reducere afkølingshastigheden og reducere forekomsten af porer og svejsereevner. Da svejseprocessen er mere stabil, og mængden af sprøjt reduceres, er svejseoverfladeformen, der opnås ved dobbeltstrålesvejsning af aluminiumlegeringer, også betydeligt bedre end ved enkeltstrålesvejsning. Figur 6-32 viser udseendet af svejsesømmen ved 3 mm tyk aluminiumlegeringsstumpsvejsning ved hjælp af CO2-enkeltstrålelaser og dobbeltstrålelasersvejsning.
Forskning viser, at når man svejser 2 mm tyk 5000-serie aluminiumlegering, og afstanden mellem de to bjælker er 0,6~1,0 mm, er svejseprocessen relativt stabil, og den dannede nøglehulsåbning er større, hvilket er befordrende for fordampning og udslip af magnesium under svejseprocessen. Hvis afstanden mellem de to bjælker er for lille, vil svejseprocessen for en enkelt stråle ikke være stabil. Hvis afstanden er for stor, vil svejseindtrængningen blive påvirket, som vist i figur 6-33. Derudover har energiforholdet mellem de to bjælker også en stor indflydelse på svejsekvaliteten. Når de to bjælker med en afstand på 0,9 mm er arrangeret i serie til svejsning, bør energien i den foregående stråle øges passende, så energiforholdet mellem de to bjælker før og efter er større end 1:1. Det er nyttigt at forbedre kvaliteten af svejsesømmen, øge smelteområdet og stadig opnå en glat og smuk svejsesøm, når svejsehastigheden er høj.
3.3 Dobbeltstrålesvejsning af plader med ulige tykkelser
I industriel produktion er det ofte nødvendigt at svejse to eller flere metalplader i forskellig tykkelse og form for at danne en splejset plade. Især i bilproduktion bliver anvendelsen af specialsvejsede emner mere og mere udbredt. Ved at svejse plader med forskellige specifikationer, overfladebelægninger eller egenskaber kan styrken øges, forbrugsmaterialer reduceres og kvaliteten reduceres. Lasersvejsning af plader i forskellig tykkelse anvendes normalt ved panelsvejsning. Et stort problem er, at de plader, der skal svejses, skal præformes med højpræcisionskanter og sikre højpræcisionssamling. Brugen af dobbeltstrålesvejsning af plader med ulige tykkelser kan tilpasses forskellige ændringer i pladegab, stødsamlinger, relative tykkelser og pladematerialer. Det kan svejse plader med større kant- og spaltetolerancer og forbedre svejsehastigheden og svejsekvaliteten.
De vigtigste procesparametre for Shuangguangdongs svejsning af plader med ulige tykkelser kan opdeles i svejseparametre og pladeparametre, som vist på figuren. Svejseparametrene omfatter de to laserstrålers effekt, svejsehastighed, fokusposition, svejsehovedvinkel, strålerotationsvinkel for dobbeltstråle-stødsamlingen og svejseforskydning osv. Pladeparametrene omfatter materialestørrelse, ydeevne, beskæringsforhold, pladens mellemrum osv. Effekten af de to laserstråler kan justeres separat i henhold til forskellige svejseformål. Fokuspositionen er generelt placeret på overfladen af den tynde plade for at opnå en stabil og effektiv svejseproces. Svejsehovedvinklen vælges normalt til at være omkring 6. Hvis tykkelsen af de to plader er relativt stor, kan en positiv svejsehovedvinkel anvendes, dvs. at laseren vippes mod den tynde plade, som vist på billedet; når pladetykkelsen er relativt lille, kan en negativ svejsehovedvinkel anvendes. Svejseforskydningen er defineret som afstanden mellem laserfokus og kanten af den tykke plade. Ved at justere svejseforskydningen kan mængden af svejsebuler reduceres, og et godt svejsetværsnit kan opnås.
Ved svejsning af plader med store mellemrum kan man øge den effektive stråleopvarmningsdiameter ved at dreje den dobbelte strålevinkel for at opnå gode mellemrumsudfyldningsegenskaber. Bredden af svejsningens top bestemmes af den effektive strålediameter af de to laserstråler, dvs. strålens rotationsvinkel. Jo større rotationsvinkel, desto bredere er opvarmningsområde for den dobbelte stråle, og desto større er bredden af den øverste del af svejsningen. De to laserstråler spiller forskellige roller i svejseprocessen. Den ene bruges primært til at penetrere sømmen, mens den anden primært bruges til at smelte det tykke plademateriale for at fylde mellemrummet. Som vist i figur 6-35, rammer den forreste stråle den tykke plade under en positiv strålerotationsvinkel (den forreste stråle virker på den tykke plade, den bagerste stråle virker på svejsningen), og den efterfølgende laserstråle skaber penetration. Den første laserstråle foran kan kun delvist smelte den tykke plade, men den bidrager i høj grad til svejseprocessen, fordi den ikke kun smelter siden af den tykke plade for bedre udfyldning af mellemrum, men også forsammenføjer samlingsmaterialet, så de efterfølgende stråler lettere kan svejses gennem samlingerne, hvilket muliggør hurtigere svejsning. Ved dobbeltstrålesvejsning med en negativ rotationsvinkel (den forreste stråle virker på svejsningen, og den bagerste stråle virker på den tykke plade) har de to stråler præcis den modsatte effekt. Den første stråle smelter samlingen, og den sidstnævnte stråle smelter den tykke plade for at fylde mellemrummet. I dette tilfælde skal den forreste stråle svejses gennem den kolde plade, og svejsehastigheden er langsommere end ved brug af en positiv strålerotationsvinkel. Og på grund af forvarmningseffekten af den foregående stråle vil den sidstnævnte stråle smelte mere tykt plademateriale med samme effekt. I dette tilfælde bør effekten af den sidstnævnte laserstråle reduceres tilsvarende. Til sammenligning kan brug af en positiv strålerotationsvinkel øge svejsehastigheden tilsvarende, og brug af en negativ strålerotationsvinkel kan opnå bedre udfyldning af mellemrum. Figur 6-36 viser indflydelsen af forskellige bjælkerotationsvinkler på svejsningens tværsnit.
3.4 Dobbeltstrålelasersvejsning af store, tykke plader Med forbedringen af lasereffektniveauet og strålekvaliteten er lasersvejsning af store, tykke plader blevet en realitet. Men fordi højtydende lasere er dyre, og svejsning af store, tykke plader generelt kræver tilsatsmateriale, er der visse begrænsninger i den faktiske produktion. Brugen af dobbeltstrålelasersvejsningsteknologi kan ikke kun øge lasereffekten, men også øge den effektive stråleopvarmningsdiameter, øge evnen til at smelte tilsatsmateriale, stabilisere laserens nøglehul, forbedre svejsestabiliteten og forbedre svejsekvaliteten.
Opslagstidspunkt: 29. april 2024
